1. By Ali Bagherinia 4 Distributed System
معماری نرم افزار
DS: اگر به لحاظ کامپوننت های نرم افزاری به آن نگاه شود، عبارت است از قطعات پیچیده ای که برروی ماشین های مختلف سازمان دهی شده اند. پس
Distributed system needs Organization → Architecture
معماری نرم افزار چگونگی سازمان دهی نرم افزاری کامپوننت ها
سبک معماری (َArchitecture style)
معماری سیستم (System Architecture)
By Ali Bagherinia 4 Distributed System

2. By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari
سبک معماری
برگرفته از دید منطقی (به صورت logic همه کامپوننت ها در یک محدوده قرار می گیرند) است.
چگونگی قرار گرفتن و ارتباط کامپوننت ها را بیان می کند. بعبارتی تعداد کامپوننت ها و چگونگی ارتباط آنها را بیان می کند.
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

3. By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari
انواع سبک های معماری
Layered Architecture
Object based Architecture
Data centered Architecture
Event based Architecture
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

4. By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari
معماری سیستم
مفهومی است عام و برای هر سیستمی قابل کاربرد است. از دیدگاه سیستمی نگاه می کند و پیاده سازی نهایی را بیان می کند.
برگرفته از دیدگاه فیزیکی (آن چیزی که در واقع هست، چه کامپوننتی برروی چه ماشینی قرار می گیرد).
در مورد معماری سیستم می توان از هرکدام از سبک های معماری مذکور استفاده کرد.
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

5. By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari
انواع معماری سیستم
1 - متمرکز (توزیع عمودی): یک کامپوننت مرکزی است که خدمات را ارایه می کند.
توزیع شدگی بالا به پایین (vertical distribution)
نمونه: Client/Server
2- غیر متمرکز (توزیع افقی): همه چیز پخش است، کامپوننت ها خیلی باهم متفاوت نیستند.
توزیع شدگی افقی (horizontal distribution)
- پراسس ها یکسان هستند و می توانند در صورت لزوم client و یا server باشند (servent).
هر کدام می توانند در صورت لزوم بخشی از کار را انجام دهند، یا اینکه هر کدام می توانند مساوی کار معدل را انجام دهند.
نمونه: Peer2peer
3- ترکیبی
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

6. By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari
Peer to Peer
همه کامپوننت ها (پراسس ها) از لحاظ ارتباط متقارن (symmetric) هستند (بر خلاف C/S).
پراسس ها servent هستند.
همه پراسس ها معادل بوده و هیچکدام نقش خاصی را ندارند که دیگری نتواند انجام دهد.
ارتباطی که پراسس ها با یکدیگر دارند را شبکه فوقانی (overlay network ) گویند.
دیگر یک نقطه شکست (server) وجود ندارد.
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

7. By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari
What is P2P?
“the sharing of computer resources and services by direct exchange of information”
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

8. What is P2P?
“P2P is a class of applications that take advantage of resources – storage, cycles, content, human presence – available at the edges of the Internet. Because accessing these decentralized resources means operating in an environment of unstable and unpredictable IP addresses P2P nodes must operate outside the DNS system and have significant, or total autonomy from central servers”
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

9. What is P2P? A distributed system architecture No centralized control
Typically many nodes, but unreliable and heterogeneous
Nodes are symmetric in function
Take advantage of distributed, shared resources (bandwidth, CPU, storage) on peer-nodes
Fault-tolerant, self-organizing
Operate in dynamic environment, frequent join and leave is the norm
Internet
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

10. What is P2P? Various definitions seem to agree on sharing of resources
direct communication between equals (peers)
no centralized control
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

11. What is a peer?
“…an entity with capabilities similar to other entities in the system.”
What is wrong with this definition?
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

12. Client/Server Limitations
Scalability is hard to achieve
Presents a single point of failure
Requires administration
Unused resources at the network edge
P2P systems try to address these limitations
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

13. P2P Architecture All nodes are both clients and servers Node
Provide and consume data
Any node can initiate a connection
No centralized data source
“The ultimate form of democracy on the Internet”
“The ultimate threat to copy-right protection on the Internet”
Node
Internet
* Content from
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

14. By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari
انواع شبکه فوقانی
1- ساخت یافته (structured) 2- غیر ساخت یافته (non- structured)
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

15. By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari
Structured p-to-p
Based on Distributed Hash Table
Data itme: assign a random key
Node: assign a random number
Scheme for assign data item to node: deterministic
Look up (request for data item on the node→ routing ): deterministic scheme
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

16. By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari
Peer2peerانواع
Structured P2P
Chord
CAN
Unstructured P2P
Gnutella
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

17. By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari
Chord
یک شبکه فوقانی با ساختار منطقی حلقه دارد.
Random number for node
Random number for data item
انتساب یک data item با کلید k به یک گره: از گرهی با شماره k نگاه کرده و k را اولین گرهی که پیدا شد، انتساب می دهیم.
assign(data item k){
succecor(k)=id ≥k }
یک گره ممکن است در بردارنده چندین data item باشد.
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

18. By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari
chord
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

19. Chord State and Lookup (1)
Basic Chord: each node knows only 2 other nodes on the ring
Successor
Predecessor (for ring management)
Lookup is achieved by forwarding requests around the ring through successor pointers
Requires O(N) hops
m=6
2m-1 0 N1
N56 N8
K54
lookup(K54)
N51
N14
N48
N42
N21
N38
N32
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

20. Chord State and Lookup (2)
Finger table
Each node knows m other nodes on the ring
Successors: finger i of n points to node at n+2i (or successor)
Predecessor (for ring management)
O(log N) state per node
Lookup is achieved by following closest preceding fingers, then successor
O(log N) hops
N8+1
N14
N8+2
N14
m=6
N8+4
N14
2m-1 0
N8+8
N21 N1
N8+16
N32
N8+32
N42
N56
lookup(K54) N8
K54 +1 +2
N51 +4
N14
N48 +8
+16
+32
N42
N21
N38
N32
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

21. By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari
Lookup
Lookup(data item key){
succecor(key) }
Data itemی با کلید key در کدام node هست، که بدانجا ارتباط پیدا کنیم.
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

22. Membership management
مدیریت عضویت یعنی اینکه گره ها چگونه در شبکه فوقانی سازماندهی می شوند؟ که شامل دو عمل join (نود جدیدی می خواهد وارد حلقه شود) و leave می باشد.
Join
1- generate a random number id
2- look up (id)→ successor (id)
3- contact to successor (id) & predecessor (id)
4- insert id between them (successor (id) & predecessor (id))
4- data item(s) transferred from successor (id) to id
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

23. By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari
Leave 1- Id node informs successor (id) & predecessor (id) for leaving 2- transfer data items from id to successor (id)
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

24. CAN ( Content Addressable Network)
فضا به تعداد nodeها تقسیم می شود.
همانند chord گره ها و data itemها دارای id و key منحصربفرد هستند.
در هر ناحیه (مستطیل) نقطه مرکز ناحیه با مختصات (x,y) به عنوان node در نظر گرفته شده که (x,y) همان id گره می باشد.
هر data itemی که مختصاتش (کلیدش) در ناحیه بیفتد به آن node (مرکز مستطیل) منتسب می شود.
مثال: در شکل data itemی با کلید (0.15, 0.25) به گره (0.2, 0.3) منتسب می شود.
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

25. By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

26. Membership mangement in CAN
Join
1- pick an arbitrary point p for node id
2- look up( p)→ find a region with Q center
3- split the region to segment
4- p finds data items by asking Q
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

27. عمل ترک کردن دشوارتر از join می باشد.
Leave
عمل ترک کردن دشوارتر از join می باشد.
1- region (of leaved node) assign to one of the its neighbors
2- a background process periodically reapportioned entire space
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

28. CAN (Berkeley) Cartesian space (d-dimensional)
Space wraps up: d-torus
Incrementally split space between nodes that join
Node (cell) responsible for key k is determined by hashing k for each dimension
d=2
hx(k)
insert(k,data) 1 2 1 1 4 3 2 1 2 3
hy(k)
retrieve(k)
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

29. CAN State and Lookup Multiple choices: we can route around failures
A node A only maintains state for its immediate neighbors (N, S, E, W)
2d neighbors per node
Messages are routed to neighbor that minimizes Cartesian distance
More dimensions means faster the routing but also more state
(dN1/d)/4 hops on average
Multiple choices: we can route around failures
d=2 B N W A E S
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

30. By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari
Unstructured p-to-p
طرح ساخت شبکه فوقانی قطعی نیست بلکه الگوریتم های آن random می باشند.
هر node لازم نیست تمام شبکه را بشناسد، بلکه تعدادی (cتا) از همسایه های خودش را می شناسد (partial view). شبکه فوقانی بسیارشبیه شبکه Graph random می شود.
هر node دارای جدولی با cمدخل بوده که هر مدخل دربردارنده idهمسایه و age (ageبیشتر یعنی ارجاع کمتر (قدیمی تر)) بوده که بر اساس age مرتب می شود.
برای اینکه partial view درست باشد (ممکن است nodeهایی رفته و nodeهایی آمده باشند) nodeها می بایست بطور مرتب اطلاعات خود (مدخل های جداولشان) را ردوبدل نمایند.
- هر گره c/2+1 از مدخل بالایی اش را ارسال می کند.
cتا مدخلش را مرتب کرده
- c/2+1 مدخل پایینی اش را حذف می کند
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

31. By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari
که با هر exchangeی age یک واحد افزایش می یابد.
اگر به هر کدام از data itemها مراجعه شود ageش صفر می شود.
برای exchange بهتر است نود ترکیب push و pull باشد وگرنه شبکه فوقانی به صورت جزیره جزیره (nodeها بدون ارتباط) می شود.
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

32. Membership management in unstru..
Join
گره جدید با یکی از nodeهای شبکه (well known access point) به صورت تصادفی تماس گرفته و لیست همسایه هایش را بدست آورده و خودش را را در لیست آن گره وارد می کند.
Leave
خیلی ساده،هیچ کاری لازم نیست انجام دهد، زیرا به آن دیگر مراجعه نشده و ageش به تدریج زیاد شده و بتدریج از لیست ها discard می شود.
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

33. P2P Network Characteristics
Clients are also servers and routers
Nodes contribute content, storage, memory, CPU
Nodes are autonomous (no administrative authority)
Network is dynamic: nodes enter and leave the network “frequently”
Nodes collaborate directly with each other (not through well-known servers)
Nodes have widely varying capabilities
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

34. ترکیب overlay networkها
Two layered approach
Super peers
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

35. P2P Applications File sharing (Napster, Gnutella, Kazaa)
Multiplayer games (Unreal Tournament, DOOM)
Collaborative applications (ICQ, shared whiteboard)
Distributed computation
Ad-hoc networks
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

36. P2P Goals and Benefits Efficient use of resources Scalability
Unused bandwidth, storage, processing power at the “edge of the network”
Scalability
No central information, communication and computation bottleneck
Aggregate resources grow naturally with utilization
Reliability
Replicas
Geographic distribution
No single point of failure
Ease of administration
Nodes self-organize
Built-in fault tolerance, replication, and load balancing
Increased autonomy
Anonymity – Privacy
not easy in a centralized system
Dynamism
highly dynamic environment
ad-hoc communication and collaboration
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

37. P2P Goals/Benefits Cost sharing Resource aggregation
Improved scalability/reliability
Increased autonomy
Anonymity/privacy
Dynamism
Ad-hoc communication
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

38. P2P Challenges Decentralization Scalability and Performance Anonymity
Fairness
Dynamism
Security
Transparency
Fault Resilience and Robustness
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari

39. Popular file sharing P2P Systems
Napster, Gnutella, Kazaa, Freenet
Large scale sharing of files.
User A makes files (music, video, etc.) on their computer available to others
User B connects to the network, searches for files and downloads files directly from user A
Issues of copyright infringement
By Ali Bagherinia 4 Distributed System Dr JabEhdari